Hầu hết sinh vật nhân nguyên thuỷ sinh sản theo phơng thức phân chia. Khi phân chia thân thể hơi dài hơn, phần giữa hớng vào trong hình thành vách tế bào mới, cuối cùng tế bào mẹ tách ra hai tế bào con. Tốc độ sinh sản rất nhanh, trong điều kiện thích hợp 20 phút phân chia 1 lần. Thể nguyên sinh thực vật, nói chung hco rằng chúng phân chia theo kiểu phân chia, nẩy chồi hoặc nứt đoạn, thể xoắn khi sinh sản lại mọc chồi mọc ra nhánh mới, nứt đoạn mà hnhf thành tế bào.
Chất di truyền của sinh vật nhân nguyên thuỷ chủ yếu là tồn tại ADN trong nhân, nhng một số tế bào chất cũng có chất di truyền độc lập, nh hạt chất. Chất nhân và hạt chất cùng cấu thành tổ gen của sinh vật nhân nguyên thuỷ. Trong quá trình phân chia tế bào tổ gen cũng phân chia sau đó cùng phân phối vào trong 2 tế bào, từ đó bảo đảm tính di truyền ổn định các tính trạng.
Sinh vật nhân nguyên thuỷ thờng phát sinh biến dị, bao gồm biến dị hình thái, biến dị sinh lý và biến dị tính gây bệnh. Nguyên nhân tính biến dị đến nay vẫn cha rõ, nhng thông thờng có 2 biến dị . Một là sự đột biến, tỷ lệ đột biến tự nhiên của vi khuẩn rất thấp, thông thờng chỉ 1/ 100.000. Nhng vi khuẩn sinh sản nhanh, lợng vi khuẩn lớn có thể làm tăng khả năng biến dị; một biến dị khác là thông qua phơng thức kết hợp, chuyển hoá, chất di truyền của 1 vi khuẩn vào trong cơ thể của vi khuẩn khác làm cho ADN phát sinh biến đổi cục bộ từ đó làm thay đổi tính trạng thế hệ sau.